JP2008286307A - ボールねじ機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】応答性に優れ、省エネを図ることが出来、トラブル等が生じても手動操作を邪魔しないボールねじ機構を提供する。
【解決手段】ねじ溝2a、1aと、ボール3とが、軸線方向に隙間Δを有するので、所定間隔を置いた複数のディテント位置のいずれかに静止させるような場合に、ディテント位置に付勢するディテントバネ47の付勢力を弱くすることが出来、省エネを図れると共に、電気系のトラブル等により手動で駆動しなければならない場合など,ボールねじ機構の動トルクが小さいので、手動にて容易に駆動できる。
【選択図】図4
【解決手段】ねじ溝2a、1aと、ボール3とが、軸線方向に隙間Δを有するので、所定間隔を置いた複数のディテント位置のいずれかに静止させるような場合に、ディテント位置に付勢するディテントバネ47の付勢力を弱くすることが出来、省エネを図れると共に、電気系のトラブル等により手動で駆動しなければならない場合など,ボールねじ機構の動トルクが小さいので、手動にて容易に駆動できる。
【選択図】図4
Description
本発明は、自動車用の電動アクチュエータ、例えば自動変速機制御装置(シフトバイワイヤ)や、電動ブレーキ、マニュアルトランスミッションの自動制御装置(AMT)等に使用されるボールねじ機構に関するものである。
近年、車両等の省力化が進み、例えば自動車のトランスミッションやパーキングブレーキなどを手動でなく、電動モータの力により行うシステムが開発されている。そのような用途に用いる電動アクチュエータには、電動モータから伝達される回転運動を高効率で軸線方向運動に変換するために、ボールねじ機構が用いられる場合がある。
ここで,軸線方向荷重を予圧手段で与えることにより,ボールとねじ軸およびナットのボール溝との間に付勢力を与えている、いわゆる予圧式のボールねじ機構が知られている(例えば,特許文献1,2参照)。予圧手段としては,ダブルナット,バネ,オフセット,径の大きいオーバーボールを組み込むことなど、種々のものがある。
特開2000−346162号公報
特開2002−161961号公報
特許第3021857号明細書
特開2006−322490号公報
ここで、特許文献3に開示された自動変速機の制御装置においては、リンク機構にガタをもたせ,正確に停止しなくても,遊び量の範囲でディテント機構の機能により自走して目標のポジションに位置決めすることが提案されている。しかしながら、このようなガタは、走行中の騒音や微小振動により当接部のフレッチング等の問題を引き起こす恐れがある。また,回転方向を反転させる場合,ガタ量の分だけ作動しない領域があり,応答性を損ねるという問題もある。よって,構成部品間にガタを与えるよりも、各構成部品の機械効率をあげ,目標位置に正確に停止しなくても,ディテント機構の谷の範囲内で逆作動して自走し,目標位置に停止させたほうがよいという考えがある。
また,特許文献4には,ボールねじ機構を用いた電動パーキングロック装置が開示されている。この電動パーキングロック装置においては,電動モータの駆動を停止させた後、ばねの付勢力によってローラピンをディテントの底部まで移動させている。しかるに、ボールねじ機構が与圧式であると,上記ばね力としては、ボールねじ機構の与圧トルク以上の力である必要があり,従ってばね力を大きくする必要がある。ばね力を大きくすると、その分,電動モータのモータ容量を大きくする必要があり,省エネ等の観点から好ましくないといえる。
一方で,特許文献4には,電動モータが駆動不能となった場合に,手動レバーでパーキングロックを解除するフェイルセーフ機能も開示されている。しかるに、予圧式のボールねじ機構を用いると,電気系のトラブル等により手動で解除しなければならない場合など,予圧が付与されたボールねじ機構の動トルクに抗して駆動させねばならない為に,かなりの腕力を必要とするという問題がある。
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、応答性に優れ、省エネを図ることが出来、トラブル等が生じても手動操作を邪魔しないボールねじ機構を提供することを目的とする。
本発明のボールねじ機構は、
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、を有し、
前記ねじ軸と前記ナットとの間に軸線方向における相対荷重が付与されない状態で、前記雌ねじ溝及び前記雄ねじ溝と、前記ボールとは、少なくとも軸線方向に隙間を有することを特徴とする。
外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、を有し、
前記ねじ軸と前記ナットとの間に軸線方向における相対荷重が付与されない状態で、前記雌ねじ溝及び前記雄ねじ溝と、前記ボールとは、少なくとも軸線方向に隙間を有することを特徴とする。
本発明によれば、前記ねじ軸と前記ナットとの間に軸線方向における相対荷重が付与されない状態で、前記雌ねじ溝及び前記雄ねじ溝と、前記ボールとは、少なくとも軸線方向に隙間を有する(即ち図4に示す断面において、ねじ溝とボールとは二点接触する)ので、所定間隔を置いた複数の停止位置のいずれかに静止させるような場合に、停止位置に付勢するばね力を弱くすることが出来、省エネを図れると共に、電気系のトラブル等により手動で駆動しなければならない場合など,ボールねじ機構の動トルクが小さいので、手動にて容易に駆動できる。尚、「隙間」は、予圧を与えない程度のごくわずかな隙間であり,軸線方向において,0ミクロンより大きく数十ミクロン以下であることが望ましい。またボールは,鋼球でもセラミックボールでもよい。
前記ボールねじ機構は、車両の自動変速機におけるシフトレンジ切替機構に用いられると好ましい。
本発明のボールねじ機構は、ボールの循環方式として、チューブ式,コマ式(実開平1−71263参照)を採用してもよい。あるいは,循環部を直接ナットに設けてもよい(特開2003−307263参照)。
ねじ軸を回転自在に支持する2つの軸受の内、一方の軸受は四点接触式玉軸受が好適である。ねじ軸を回転自在に支持する他方の軸受は、通常の深溝玉軸受でよい。この軸受は軸方向荷重を支持せず,ラジアル力のみを受けることとなる。
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態であるボールねじ機構の側面図であり、図2は、本実施の形態であるボールねじ機構の上面図であり、図3は、図1の矢印IIIで示す部位を拡大して示す図であり、図4は、雄ねじ溝と雌ねじ溝との間に介装されたボールを示す断面図である。図5は、図1,2のボールねじ機構を用いた自動変速機のシフトレンジ切替機構を示す図である。
ねじ軸1は、図1,2において、左端側より丸軸部1b、雄ねじ溝1a、フランジ部1cと、雄セレーション部1d、丸軸部1e、テーパ溝部1fを外周面に有している。ねじ軸1は、ハウジングHに対して、丸軸部1bに嵌合した深溝玉軸受4と,丸軸部1eに嵌合した四点接触式玉軸受5とにより回転可能に支持されている。
図3において、樹脂製のギヤ7は、内周に形成した雌セレーション部7aを、ねじ軸1の雄セレーション部1dに係合させることで、ねじ軸1に対して一体的に回転するように取り付けられている。ギヤ7は、フランジ部1cと、雄セレーション部1dに当接する間座8との間に、軸線方向に圧縮力を受けることなく挟持されている。間座8は、四点接触式玉軸受5の内輪を介してリング9により図3で左方に付勢されている。薄肉円筒状のリング9は、テーパ溝部1f内に端部が縮径するようにカシメられ、テーパ溝部1fの側面に底付きすることで軸力を発生するようになっている。かかるリング9の付勢により、雄セレーション部1d、間座8、四点接触式玉軸受5、リング9、テーパ溝部1fの間にガタは存在しない。
四点接触式玉軸受5は、軸線方向両方向の荷重を支持することにより,ボールねじ機構以外の軸線方向のガタを極力抑えることができる。リング9の外径Dは、カシメにより,四点接触式玉軸受5の内輪の溝(軌道面)形状を変形させることが無いように,内輪の溝底径d以下であることが望ましい。ねじ軸1のテーパ溝1fは、転造加工によって成形されると好ましい。ねじ軸1には軸径より大きなフランジ部1cがある為に,雄ねじ溝1aは、所謂インフィード転造によって加工することが望ましい。
図1,2において、略円筒状のナット2は、被駆動部材としてのコントロールロッド45に、その両側でリンク部材L1,L2を介してピン結合(ナット2のピン外周にブッシュや軸受を設けると好ましい)され、ハウジングHに対して回転不能且つ軸線方向にのみ移動可能に支持されている。ナット2は、ねじ軸1を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝2a(図4参照)を形成している。複数のボール3(図4参照)が、対向する両ねじ溝間に形成された螺旋状の転走路内を転動自在となるように配置されている。
ナット2の外周に、チューブ10が取り付けられている。チューブ10は、ナット2内で雌ねじ溝2aと雄ねじ溝1aとの間に形成される螺旋状の転走路の一端と他端とを連結し、転走路を転動するボール3を循環させる機能を有する。チューブの代わりにコマを設けても良い。
本実施の形態のボールねじ機構において,ナット2およびねじ軸1のねじ溝2a、1aは、ゴシックアーク形状にされ,ねじ溝2a、1aの空間よりもわずかに小さなボール3を挿入することで,図4に示すように、軸線方向に隙間Δを与えている。ねじ溝2a、1aの曲率半径より大きな径のボールを用いて与えるオーバーボール式与圧であると,ボール3とねじ溝2a、1aは外部荷重がゼロでも弾性変形しているため、常に四点接触となり,動作時の損失も大きくなる。即ち、本実施の形態のように、軸線方向に隙間Δを与えることで、ボール3とねじ溝2a、1aとは二点で接触し,転がり損失も少なくなる。
次に、本実施の形態にかかるボールねじ機構を用いることができるシフトレンジ切替機構SC(パーキング切替機構PCを含む)について説明する。図5において、シフトレンジ切替機構SCは、出力軸によって駆動されて、不図示の自動変速機の実シフトレンジの切り替えを行うものである。自動変速機における各シフトレンジ(例えば、P、R、N、D)の切り替えは、油圧バルブボディ41に設けられたマニュアルスプール弁42を適切な位置にスライド変位させ、自動変速機の図示しない油圧クラッチへの油圧供給路を切り替え、油圧クラッチの係合状態をコントロールすることによって行われる。
一方、パーキング切替機構PCは、シフトレンジ切替機構SCに連動し、実シフトレンジがパーキングレンジ(P)に設定されることで自動変速機の出力軸を機械的にロックするものである。パーキング切替機構PCによる自動変速機の出力軸のロックとアンロックの切り替えは、パークギヤ43の凹部43aとパークポール44の凸部44aの係脱によって行われる。なお、パークギヤ43は、図示しないドライブシャフトや図示しないディファレンシャルギヤ等を介して自動変速機の出力軸に連結されたものであり、パークギヤ43の回転を規制することで自動変速機の出力軸側(車両の駆動輪側)をロックして、車両のパーキングのロック状態を達成するものである。
図1,2のリンクL1,L2に連結されたコントロールロッド45には、略扇形状を呈したディテントプレート46が図示しないスプリングピン等を打ち込むことにより固定されている。ディテントプレート46は、半径方向の先端(略扇形状の円弧部)に複数のディテント溝46aが設けられており、油圧バルブボディ41に固定されたディテントバネ47の先端の係合部47aがディテント溝(ディテント位置という)46aに嵌まり合うことで、切り替えられたシフトレンジが保持されるようになっている。
ディテントプレート46には、マニュアルスプール弁42を駆動するためのピン48が取り付けられている。ピン48は、マニュアルスプール弁42の端部に設けられた溝49に係合しており、ディテントプレート46がコントロールロッド45によって回動操作されると、ピン48が円弧駆動されて、ピン48に係合するマニュアルスプール弁42が油圧バルブボディ41の内部で直線運動を行う。
不図示のモータから、ギヤ7に回転力が伝達され、ねじ軸1が回転駆動されると、転走路を転動するボール3により、かかる回転運動がナット2の軸線方向運動に効率よく変換され、駆動されたリンクL1,L2を介してコントロールロッド45が、図5中矢印A方向から見て時計回り方向に回転する。これにより、ディテントプレート46を介してピン48がマニュアルスプール弁42を油圧バルブボディ41の内部に押し込み、油圧バルブボディ41内の油路がD→N→R→Pの順に切り替えられる。つまり、自動変速機のシフトレンジがD→N→R→Pの順に切り替えられる。
一方、不図示のモータを逆転させることで、逆方向にコントロールロッド45を回転させると、ピン48がマニュアルスプール弁42を油圧バルブボディ41から引き出し、油圧バルブボディ41内の油路がP→R→N→Dの順に切り替えられる。つまり、自動変速機のシフトレンジがP→R→N→Dの順に切り替えられる。
更に、ディテントプレート46には、パークポール44を駆動するためのパークロッド51が取り付けられている。このパークロッド51の先端には円錐部52が設けられている。この円錐部52は、自動変速機のハウジングの突出部53とパークポール44の間に介在されるものであり、コントロールロッド45を図5中矢印A方向から見て時計回り方向に回転させると(具体的には、R→Pレンジ)、ディテントプレート46を介してパークロッド51が図5中矢印B方向へ変位して円錐部52がパークポール44を押し上げる。すると、パークポール44が軸44bを中心に図5中矢印C方向に回転し、パークポール44の凸部44aがパークギヤ43の凹部43aに係合し、パーキング切替機構PCのロック状態が達成される。
一方、逆方向へコントロールロッド45を回転させると(具体的には、P→Rレンジ)、パークロッド51が図5中矢印B方向とは反対方向に引き戻され、パークポール44を押し上げる力が無くなる。パークポール44は、図示しないバネにより、図5中矢印C方向とは反対方向に常に付勢されているため、パークポール44の凸部44aがパークギヤ43の凹部43aから外れ、パークギヤ43がフリーになり、パーキング切替機構PCがアンロック状態になる。
本実施の形態によれば、ねじ溝2a、1aと、ボール3とが、軸線方向に隙間Δを有するので、所定間隔を置いた複数のディテント位置のいずれかに静止させるような場合に、ディテント位置に付勢するディテントバネ47の付勢力を弱くすることが出来、省エネを図れると共に、電気系のトラブル等により手動で駆動しなければならない場合など,ボールねじ機構の動トルクが小さいので、ナット2にリンクL1,L2が連結された状態でも、手動にてディテントプレート46又はコントロールロッド47を容易に回転することができる。
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
1 ねじ軸
2 ナット
3 ボール
4 深溝玉軸受
5 四点接触式玉軸受
7 ギヤ
8 間座
9 リング
10 チューブ
SC シフトレンジ切替機構SC
2 ナット
3 ボール
4 深溝玉軸受
5 四点接触式玉軸受
7 ギヤ
8 間座
9 リング
10 チューブ
SC シフトレンジ切替機構SC
Claims (2)
- 外周面に雄ねじ溝を形成したねじ軸と、
前記ねじ軸を包囲するように配置され且つ内周面に雌ねじ溝を形成したナットと、
対向する両ねじ溝間に形成された転走路に沿って転動自在に配置された複数のボールと、を有し、
前記ねじ軸と前記ナットとの間に軸線方向における相対荷重が付与されない状態で、前記雌ねじ溝及び前記雄ねじ溝と、前記ボールとは、少なくとも軸線方向に隙間を有することを特徴とするボールねじ機構。 - 前記ボールねじ機構は、車両の自動変速機におけるシフトレンジ切替機構に用いられることを特徴とする請求項1に記載のボールねじ機構。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007131819A JP2008286307A (ja) | 2007-05-17 | 2007-05-17 | ボールねじ機構 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007131819A JP2008286307A (ja) | 2007-05-17 | 2007-05-17 | ボールねじ機構 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008286307A true JP2008286307A (ja) | 2008-11-27 |
Family
ID=40146214
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007131819A Pending JP2008286307A (ja) | 2007-05-17 | 2007-05-17 | ボールねじ機構 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008286307A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010255816A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Toyota Motor Corp | パーキングロック装置 |
-
2007
- 2007-05-17 JP JP2007131819A patent/JP2008286307A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010255816A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-11-11 | Toyota Motor Corp | パーキングロック装置 |
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